某深基坑开挖方案及稳定性分析

摘要：从技术、施工、经济等方面对王滩电站地下泵房深基坑开挖方案及开挖方法进行了讨论和比选，并结合计算机技术对不同开挖方法的过程进行了模拟计算分析，理论与工程实践结果表明，采用半放坡开挖（从地面标高3.5m到地下-9m）和地下连续墙（从-9m到-13.5m）相结合的方案，基坑稳定，施工简单、经济效益好，既保证了施工质量，也满足了工期要求，对同类工程的施工有一定的参考和借鉴价值。

关键词：深基坑,；开挖方案；稳定性分析

Abstract: This paper discussed and compared Wangtan power station underground pump station deep foundation pit excavation scheme and excavation methods from a technical, construction, economy and other aspects, and combine with computer technology do a simulation analysis on different excavation method of process, theory and engineering practice shows that, by using half slope excavation ( from3.5m to ground elevation underground -9m ) and underground continuous wall ( from - 9m to13.5m ) combining scheme, foundation stability, simple construction, good economic benefit, which not only ensures the construction quality, but also to meet the construction requirements, it has certain reference and reference value to the similar project construction.

Key words: deep foundation pit, excavation scheme, stability analysis

图分类号：TU94文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02

1、工程概况

本工程循环水泵房地下结构为埋深17.5m，内部尺寸57m×39.4m×16m的钢筋砼箱体结构，初步设计采用深36m，厚1.0m的地下连续墙支护结构。地连墙内衬钢筋砼叠合层，共同构成地下结构外壁，泵房内部与短边平行方向设有7道钢筋砼隔墙，将泵房分为8格相互独立的泵室。为了保证三号港池西岸线地基土的自身稳定，且不被海水带入循环水系统影响取水水质，在取水口南北两侧修建地下连续墙护岸，地下连续墙护岸分前墙和后墙两部分。前墙长度2*80m，深度36m，厚度1.2m。后墙长度2*80m，深度18m，厚度0.8m。前后墙间距40m，用100根拉结杆拉结，工程总工期7个月。本工程工期紧，任务重，技术难度大。

循环水泵房位于闲置废弃虾池和弃泥场，地面标高在4.2m左右。泵房所在地貌单元上均属滨海平原地带，地势平坦，施工场地宽阔。施工现场地层主要为第四系全新统海相沉积地层。

第一层(Ⅰ)：为近代河流沉积或人工挖掘回填土，岩性主要为粉细砂、粉土，鱼塘底部沉积薄层淤泥。该层底板一般埋深0.60～4.60m，一般标高-2.30～2.70m，平均厚度2.80m。

第二层(Ⅱ)：粉细砂为主，灰色，为松散～中密状态，饱和，属中低压缩性土，本层局部与粘性土呈互层，或夹粉质粘土、粉土透镜体。该层底部一般埋深6.80～15.50m，标高-3.50～-11.35m，平均厚度7.90m。

第三层(Ⅲ)：粉质粘土为主，灰～黑灰色，可塑状态为主，局部呈软塑，属中高压缩性土，本层土在空间展布上较不稳定，厚薄不一，在部分地段缺失，工程性质上也存在较大差异，在部分位置渐变为淤泥质土，本层在局部与粉细砂呈互层，或夹粉细砂透镜体。该层底部一般埋深10.0023.50m，一般标高-6.40-19.45m，平均厚度5.20m。

第四层(Ⅳ)：粉细砂为主，局部与粘性土呈互层，或夹粉质粘土、粉土透镜体，灰～褐灰色，中密～密实状态，饱和，属中低压缩性土，该层土厚度大，整体上而言，工程性质良好，强度上表现出自上至下渐强的特点。

2、总体施工方案

2.1施工方案

经过对三种施工方案即：逆做法、全放坡开挖法（顺做法）、半放坡开挖+地连墙法（顺做法），从技术、经济进行综合比较认为第三种方法最优。为降低顺做法方案中进水口的施

工难度，避免大量的基坑支撑工作，提高构筑物内在和表观质量，加快施工速度，在保证结构设计断面尺寸的基础上，根据详勘地质资料，采取泵房下部地连墙修筑后放坡开挖的施工方案。在施工场地清淤回填至＋3.5m后，开始在地面进行地连墙的施工（德国双轮铣），泵房地连墙在地面成槽，砼仅浇注至－9.0m处，泵房地连墙施工完毕后，进行基坑开挖。基坑开挖至－9.0m标高处后，进行泵房地连墙内部基坑开挖。基坑开挖至基底标高－13.0m，然后进行泵房底板及地下主体结构施工（见图1）。

图1半放坡开挖+地连墙法施工方案示意图及现场照片

2.2顺作法支撑系统

2.2.1支撑体系布置

支撑体系布置如下图2所示：

图2支撑体系布置图

由于泵房基坑平面的长、宽尺寸都较大，对地连墙变形要求较高，为了对四边地连墙维护结构进行迅速支撑，减少地连墙无支撑暴露的时间，控制变形和位移，因此采用对撑式双向多跨压杆式支撑体系，并在角部加角撑。钢支撑采用φ609钢管（厚度16mm）。

2.2.2、工字钢腰梁

为加强地连墙的整体性，将支护墙体的各槽段组成一个整体共同受力，因此，在每层支撑处沿地连墙内侧设置一道50工字钢腰梁，钢管支撑在腰梁上。地连墙所承受的水、土压力等外部荷载通过腰梁将其传递到钢管支撑上。

2.2.3、支撑立柱

由于泵房平面尺寸较大，为减少水平支撑钢管的计算长度，增加支撑体系的整体刚性和稳定性，因此在隔墙位置设置φ600、深度为40m钢筋砼钻孔灌注桩21根，作为立柱支承桩。同时，立柱支承桩还承受由吊车梁轨道传来的龙门吊自重、施工荷载等。立柱灌注桩穿过底板处设止水板，作好防水处理。立柱支承桩在隔墙施工时与隔墙浇注在一起。

3、基坑开挖稳定性分析

由于本工程边坡为临时工程，施工场地周围为开阔地，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2002），将边坡安全等级定位二级，边坡稳定安全系数为1.25（采用圆弧滑动法计算）。根据设计单位提供的工程地质及水文地质资料，并考虑降水后的土的强度有所提高，对放坡开挖的边坡稳定性、基底抗隆起、－9.0m～-13.0m开挖时地连墙围护结构的稳定性进行了验算，以上各项均满足要求。

3.1开挖至－9.0m安全稳定性分析

边坡的坡度为1:2，分两层开挖，第一层开挖6.5m，第二层开挖6m，中间台阶宽度2m。

计算分两种情况，一是整体滑动，二是局部滑动。

（1）整体滑动稳定性

按Bishop法计算的安全系数1.258，最危险滑动面形状如图3所示。

（2）局部滑动稳定性

按Bishop法计算的局部滑动稳定安全系数为1.441，最危险滑动面形状如图4所示。

综合以上两点，由于本工程边坡为临时工程，而且周围为开阔地，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2002），可以将边坡安全等级定位二级，边坡稳定安全系数为1.25。由以上计算结果，安全系数满足要求，但需要注意在计算中考虑粉质粘土的内摩擦角在降水后能提高到15度，同时，粉土的强度参数为估计值。

图3 整体滑动面形状 图4 局部滑动面形状

3.2 －9m～－13.5m段围护结构的稳定性分析

（1）地连墙厚度为1000mm，砼强度等级为C30，ERB335级钢筋，双层布筋。

通过计算，得到连续墙侧向位移32.61mm，弯矩523.62kNm/m。

因此，围护稳定满足要求。 基坑的塑性区分布、总应力、地下连续墙变形曲线和弯矩分别见图5~8。

图5 基坑塑性区分布图6 基坑应力场分布

图7基坑地下连续墙侧移 图8 基坑地下连续墙弯矩

（2）地连墙厚度为800mm，砼强度等级为C30，ERB335级钢筋，双层布筋。

通过计算，得到连续墙侧向位移35.64mm，弯矩523.62kNm/m。因此，围护稳定满足要求。

3.3 基坑坑底隆起验算

为安全起见，按直立开挖进行验算，得如下表所示抗隆起计算结果。

由此可见，放坡开挖，能满足抗隆起稳定条件。

4、基坑开挖深井降水

施工场地土质以粉土、粉质粘土、粉细砂为主，地下水位较高，且施工将经历一个雨季，因此降水成功与否是放坡开挖施工的先决条件。

图9 降水井布置图

为减少基坑开挖过程中地下连续墙的所承受的水压力，减少地下连续墙的变形，便于基坑内施工，防止减少基底变形，在泵房基坑内外两侧设置深井井点同时进行降水，确保泵房地下结构施工的安全稳定性及施工顺利进行。深井成孔孔径600mm，井孔内下入D300mm的无砂砼管井管，封底，井管外填充2mm～4mm粗砂，防止在抽水过程中井壁进砂，井深25m。

经计算，在地下连续墙外侧周边设置12口深井降水，在基坑内设置8口深井降水。为确保地下连续墙外侧降低后水位的稳定，在每侧设置D300水位观测井一口，基坑内部设置两口观测井，以便施工中对地下水位进行测量监控。地下连续墙外侧降水井点具体布置见图9。根据单根深井井管进水量的计算，采用20台流量30m3/h，扬程30m的潜水泵进行深井井管抽水，排入D200排水管内排放。

实际降水结果表明，基坑外水位由原来的标高-0.8m成功降到所要求的标高-11m以下；坑内降水深度6m以上，降水效果良好。

5、结语

工程实践证明，采用半放坡开挖+地连墙的施工方案是可行和成功的，既保证了工程质量，也满足了工期要求，并取得了良好的经济效益和社会效益。现场监测结果表明，基坑降水和基坑开挖对周围环境未造成大的影响。此外，还总结出了一整套在海滨软土地区采用双轮铣进行地下连续墙的施工方法和工艺，对类似工程施工提供了新思路。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。